在5G NR中**时域**和**频域**是描述无线资源的两个基本维度。它们共同构成了一个二维的“时频资源网格”所有物理信号和信道都映射到这个网格上传输。理解时域和频域是理解5G物理层如何工作的基础。---## 一、时域信号随时间的变化时域描述的是信号在时间轴上的变化。在5G中时域资源被划分为多个层次从大到小依次为### 1. 无线帧Radio Frame- 长度固定为 **10 ms**。- 每个无线帧包含 **10 个子帧**每个子帧长度 **1 ms**。- 无线帧的编号从 0 到 1023 循环。### 2. 子帧Subframe- 长度固定为 **1 ms**。- 在5G NR中子帧主要用于参考实际调度以**时隙**和**符号**为主。### 3. 时隙Slot- 时隙长度取决于**子载波间隔SCS**。- 对于常规循环前缀CP每个时隙包含 **14 个 OFDM 符号**。- 时隙长度 \( \frac{1}{2^\mu} \) ms其中 \(\mu\) 是参数集编号对应不同的子载波间隔。- 一个子帧内包含 \(2^\mu\) 个时隙。### 4. OFDM 符号Symbol- 时域的最小调度单位。- 符号长度与子载波间隔成反比子载波间隔越大符号越短。- 每个符号前会添加**循环前缀CP**用于对抗多径干扰。### 5. 时域调度- 5G支持**时隙级调度**和**符号级调度**。- **Mini-slot**可以短至 2、4 或 7 个符号用于低延迟业务如URLLC。- 时域资源分配由DCI中的“时域资源分配”字段指示包括起始符号、符号长度和时隙偏移。---## 二、频域信号频率成分的分布频域描述的是信号在不同频率上的能量分布。在5G中频域资源同样有明确的层次结构### 1. 子载波Subcarrier- OFDM系统的基本频率单位。- 5G NR支持多种子载波间隔**15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz**。- 子载波之间保持正交避免相互干扰。### 2. 资源元素RE, Resource Element- 时频网格的最小单位**1 个子载波 × 1 个 OFDM 符号**。- 所有物理信号最终都映射到具体的RE上。### 3. 资源块RB, Resource Block- 频域调度的基本单位。- 1 个 RB **12 个连续子载波**。- RB 带宽 \(12 \times \text{SCS}\)。例如- SCS 15 kHz → RB 180 kHz- SCS 30 kHz → RB 360 kHz- SCS 60 kHz → RB 720 kHz### 4. 带宽部分BWP, Bandwidth Part- 一个载波内为UE配置的一组连续RB。- UE可以在较小的BWP上工作降低带宽、节省功耗。- 每个BWP可以有不同的子载波间隔和CP类型。### 5. 载波带宽与频段- 5G分为两个主要频段- **FR1**Sub-6 GHz最大载波带宽 100 MHz。- **FR2**毫米波最大载波带宽 400 MHz。- 频域调度由DCI中的“频域资源分配”字段指示可以是位图Type 0或资源指示值Type 1。---## 三、时频资源网格将时域和频域结合在一起就得到了5G的**时频资源网格**- **横轴**时间以OFDM符号为单位。- **纵轴**频率以子载波为单位。- 每个小方格就是一个**RE**。- 1 个 RB 在频域占 12 个子载波在时域占 1 个时隙14 个符号因此一个RB在一个时隙内包含 \(12 \times 14 168\) 个RE。这个网格是5G物理层所有传输的基础。基站通过调度器在网格上分配不同的时频资源给不同的用户和信道。---## 四、5G灵活的参数集Numerology5G NR最显著的特点之一是支持多种**参数集**即不同的子载波间隔。这直接影响了时域和频域的资源配置。| 参数集 \(\mu\) | 子载波间隔 | 符号长度约 | 时隙长度 | 每子帧时隙数 | 每帧时隙数 ||:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|| 0 | 15 kHz | 66.7 μs | 1 ms | 1 | 10 || 1 | 30 kHz | 33.3 μs | 0.5 ms | 2 | 20 || 2 | 60 kHz | 16.7 μs | 0.25 ms | 4 | 40 || 3 | 120 kHz | 8.33 μs | 0.125 ms | 8 | 80 || 4 | 240 kHz | 4.17 μs | 0.0625 ms | 16 | 160 | 注符号长度包含循环前缀实际有用符号时间略短。常规CP下每时隙14个符号扩展CP下每时隙12个符号主要用于60 kHz。这种灵活的参数集使得5G能够同时支持- **eMBB**高速率使用大带宽、短符号。- **URLLC**低延迟使用短时隙、mini-slot。- **mMTC**海量连接使用窄带宽、长符号。---## 五、时域与频域的关系时域和频域不是孤立的它们通过**傅里叶变换**相互联系- **OFDM 调制**将高速数据流分配到多个正交子载波上每个子载波上传输低速率数据。在时域上多个子载波的信号叠加成一个OFDM符号。- **正交性**子载波间隔决定了符号长度。子载波间隔越大符号越短反之亦然。这种正交性保证了子载波之间不会相互干扰。- **资源分配**基站可以同时在时域和频域上调度资源。例如给某个用户分配频域上的若干个RB以及时域上的若干个符号。---## 六、双工方式TDD与FDD时域和频域也体现在双工方式上- **FDD频分双工**上行和下行使用不同的频段时域上可以同时传输。- **TDD时分双工**上行和下行使用相同的频段但在时域上交替传输。5G NR支持灵活的TDD配置可以动态调整上下行时隙比例。---## 七、总结| 维度 | 基本单位 | 调度单位 | 关键概念 ||:---|:---|:---|:---|| **时域** | OFDM符号 | 时隙、mini-slot | 帧、子帧、时隙、符号、CP || **频域** | 子载波 | 资源块RB | RE、RB、BWP、载波、频段 || **时频网格** | RE | RB × 时隙 | 资源网格、参数集 |5G通过灵活的时域和频域资源划分结合多种子载波间隔和带宽部分实现了对eMBB、URLLC、mMTC等不同业务场景的高效支持。时域和频域的共同作用使得5G能够动态、精细地分配无线资源满足多样化的通信需求。